Современный дачный электрик - Виктор Пестриков

6.1.1. Электродвигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока делятся на коллекторные и бесколлекторные (вентильные) двигатели. Работа электродвигателя постоянного тока основана на взаимодействии магнитных полей рамки с током (ротора) и статора (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Принцип действия коллекторного электродвигателя постоянного тока и его изобретатель Борис Семенович Якоби (1801–1874)

Наиболее распространены коллекторные электродвигатели постоянного тока. У реверсных коллекторных электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения направление вращения вала может быть как левым, так и правым. На клеммной колодке электродвигателя выведены отдельно концы обмоток возбуждения и обмоток ротора, что делает возможным работу электродвигателей в следящих системах и схемах автоматики. В коллекторных двигателях применяют графитные, угольно-графитные, меднографитные и электрографитированные щетки. Последние обладают наименьшим переходным сопротивлением, допускают высокие окружные скорости и более износостойки.

Существует универсальный коллекторный электродвигатель (УКД), который может работать как на постоянном, так и на переменном токе.

6.1.2. Электродвигатели переменного тока

Существуют две разновидности электродвигателей переменного тока: синхронный и асинхронный. У синхронного электродвигателя ротор вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения (рис. 6.2). Эти двигатели используют в тех случаях, когда очень важно точно сохранить одно и то же число оборотов при изменении нагрузки.

Рис. 6.2. Принцип действия синхронного двигателя и его изобретатель сэр Чарльз Уитстон (1802–1875)

Асинхронные электродвигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. Отличие асинхронного электродвигателя от синхронного заключается в том, что частота вращения его ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. По конструкции ротора асинхронные машины делят на два основных типа: с короткозамкнутым и с фазным ротором. Оба имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Короткозамкнутая обмотка ротора, часто называемая «беличья клетка» из-за внешней схожести конструкции, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Принцип работы асинхронного трехфазного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, образуемого переменным током в трехфазной обмотке статора, и токов, индуктируемых в роторе (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и его изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1861–1919)

Типовая принципиальная схема включения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с динамическим торможением в функции времени приведена на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Принципиальная схема включения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с динамическим торможением в функции времени

У асинхронного электродвигателя начала и концы фаз выведены на клеммник (рис. 6.5, а), закрепленный на станине двигателя. Концы обмоток фазы статора присоединены к зажимам коробки выводов. Если у коробки шесть зажимов, то выводы начала обмоток фазы статора обозначены как С1, С2 и С3, а концы обмоток фазы статора – С4, С5 и С6 (рис. 6.5, б, в), и такой двигатель можно включить в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающихся в √3 раз, соединяя обмотку статора либо в звезду, либо в треугольник.

Рис. 6.5. Расположение выводов обмотки статора на клеммной панели (а) и способы соединения обмоток фаз статора (б – «звезда», в —"треугольник")

Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. В паспорте трехфазного двигателя задают линейные напряжения сети и схему соединения обмотки статора. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения питающей сети 220/380 В, то при напряжении сети 380 В обмотку статора соединяют в "звезду", а при 220 В – в "треугольник". В обоих случаях на каждую обмотку фазы приходится напряжение 220 В. Если двигатель рассчитан на включение в сеть с каким-либо одним напряжением, то в коробке выводов имеется только три зажима.

При ограниченной мощности сети пуск двигателей средней и большой мощности осуществляется переключением обмотки статора двигателя с пусковой схемы звезда на рабочую схему треугольник" (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Принципиальная схема пуска трехфазного асинхронного электродвигателя включением на пусковую схему «звезда» и с переключением на рабочую схему «треугольник»

Отметим, что в асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывают трехфазную обмотку с геометрическими осями фазных катушек, сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120°. Такие электродвигатели редко встречаются в хозяйстве загородного дома и поэтому далее не рассматриваются.

6.1.3. Расшифровка шильдиков асинхронных электродвигателей

Каждый двигатель снабжен техническим паспортом в виде приклепанной металлической таблички (шильдик), на которой приведены основные характеристики двигателя. В паспорте указан тип двигателя. В качестве примера на рис. 6.7 приведен внешний вид шильдика двигателя типа 4А100S2УЗ.

Рис. 6.7. Шильдик с паспортными данными асинхронного электродвигателя 4А100S2УЗ

Расшифровка обозначений на шильдике:

• тип 4А100S2У3 – электродвигатель асинхронный серии 4А закрытого исполнения с высотой оси вращения 100 мм, с короткой длиной корпуса, двухполюсный, климатического исполнения "У", категории 3;

• 100592 – заводской номер; дает возможность отличить электрическую машину среди однотипных;

• 3 ~ – двигатель трехфазного переменного тока;

• 50 Hz – частота переменного тока (50 Гц), при которой двигатель должен работать;

• 4,0 KW – номинальная полезная мощность на валу электродвигателя;

• cosφ = 0,89 – коэффициент мощности;

• Δ/Y – обмотка статора может соединяться в треугольник или в звезду;

• 220/380V, 13,6/7, 8А – при соединении обмотки статора в треугольник она должна включаться на напряжение 220 В, а при соединении в звезду – на 380 В. При этом машина, работающая с номинальной нагрузкой, потребляет 13,6 А при включении на треугольник и 7,8 А – при включении на звезду;

• S1 – двигатель предназначен для длительного режима работы;

• 2880 об./мин. – частота вращения электродвигателя при номинальной нагрузке и частоте сети 50 Гц. Если двигатель работает вхолостую, частота вращения ротора приближается к частоте вращения магнитного поля статора;

• КПД = 86,5 % – номинальный коэффициент полезного действия двигателя, соответствующий номинальной нагрузке на его валу;

• IP44 – степень защиты. Двигатель изготовлен во влагоморозостойком исполнении. Может работать в среде с повышенной влажностью и на открытом воздухе.

На шильдике также указан ГОСТ, класс изоляции обмотки (для класса В предельно допустимая температура 130 °C), вес машины и год выпуска.

Сегодня на рынке России можно купить и зарубежные электродвигатели, в частности немецкой компании Siemens, поэтому приведем расшифровку шильдика асинхронного электродвигателя этой фирмы (рис. 6.8). Код, указанный на табличке, содержит всю информацию по данному электродвигателю (http://mtd-proekt.ru/elektrodvigateli_siemens). Рабочие параметры электродвигателей Siemens не должны превышать паспортных значений.

Рис. 6.8. Шильдик и код заказа асинхронного электродвигателя Siemens

Приведем еще расшифровку паспорта оборудования под торговой маркой Moeller, которая входит в состав корпорации Eaton (США) и широко представлена на рынке России. В России интересы Eaton представляет дочернее подразделение ООО «Итон» (http://moeller.ru/). Электрические и механические номинальные характеристики асинхронного электродвигателя корпорации Eaton задокументированы на фирменной табличке с паспортными данными, иначе называемой типовой табличкой (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Шильдик асинхронного электродвигателя корпорации Eaton

Асинхронный трехфазный двигатель корпорации Eaton, как правило, подключают посредством шести контактных болтов. При этом возможны два типа основных соединений: «звезда» и «треугольник» (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Клеммная панель асинхронного трехфазного двигателя корпорации Eaton и варианты соединения обмоток